鐵路物流智能物聯網技術

2021-06-24

    隨著我國鐵路貨運向現代物流轉型的深化發展,對鐵路物流的智能化和信息化水平提出了更高要求。物聯網通過綜合運用、融合和提升射頻識別、紅外感應器、全球定位係統、激光掃描器等多種技術,實現物與物、人與物之間的信息傳遞與控製,有助於對鐵路物流各環節中貨物、車輛、設備、人員等信息的全麵掌握和管理,是促進鐵路物流發展的重要手段。

01

鐵路物流智能物聯網總體框架

鐵路物流智能物聯網以鐵路運輸和信息通信技術為基礎,主要由編碼技術、編組技術、複用技術、冗餘技術組成,可實現鐵路物流全過程中編組站/貨運中心站、配送中心、客戶等節點信息及鐵路車輛、貨物、人員等信息的實時采集。

鐵路物流智能物聯網總體框架

02

編碼技術

物流編碼是係統自動生成的一組數字或數字、字母組合而成的代碼,在物品流動過程中,通過編碼對物品信息進行記錄、查找、查詢。編碼可以攜帶大量信息,把物流生命周期各階段發生的信息連接在一起,同時,利用鐵路車號采集係統,融合物流信息和車輛調度信息,實現貨物在物流全過程的追蹤和在運輸過程中的分撥,為鐵路物流智能化奠定基礎。

1)智能識別係統

在物流運輸過程中采用與編碼技術相匹配的智能識別係統,該係統布設在鐵路車輛、物流配送中心、新能源汽車等處,由信號識別裝置、傳動鏈、計算機控製係統組成。

2)智能分揀係統

將編碼技術與微控製器結合,控製物流智能分揀係統,實現分揀的自動化,降低人工需求和勞動強度,提高工作效率。

3)智能回收係統

基於編碼技術實現包裝、倉儲箱、托盤、快遞盒的回收,構建智能回收係統。通過在居民小區等地點設置回收點,由專業人員負責整理,通過拍照、掃描等操作完成設備回收。

4)智能信息平台

基於編碼技術構建智能信息平台,利用智能手機、PAD等智能終端設備,實現人機交互,將人作為物聯網的一部分。

03

編組技術

編組技術是實現鐵路運輸、分撥、配送、倉儲一體化的核心。運用編組技術能夠實現列車自動編組成列,實現貨運的客運化、公交化、智能化,形成一體化運輸模式。一體化運輸模式列車集散過程見下圖。

一體化運輸模式列車集散過程

一體化運輸模式依托智能化編組實現貨物的高效運輸組織,主要包括大列編組、環行班列編組、站台及傳送帶“編組”、收發點“編組”4部分。

1)大列編組

貨物到達和發送過程中,從外阜貨源地組織的裝有集裝箱的鐵路貨運列車或發往外阜的貨運列車通過鐵路幹線運輸網進行運輸,列車在編組站或鐵路貨運中心站根據去向進行解體或編組作業,然後通過環行班列將集裝箱運送到鐵路物流配送中心。

2)環行班列編組

環行班列在編組站或貨運中心站編組,類似客運列車具有固定時刻表,定時定點發車,無需按照站順編組,直接將車輛進行連掛即可組成環行班列。環行班列運輸模式是對傳統摘掛鉤模式的一次“革命”,在現代信息化技術的支撐下,列車不僅在編組時不需考慮站順和成組等條件,還可在沿途站台實現集裝箱“上下車”,節省了車站編組、裝卸線取送車、摘掛鉤等調車時間,同時通過本務機車完成對位等作業,大大提高了整個貨運係統效率。

3)站台及傳送帶“編組”

站台及傳送帶“編組”即在站台采用傳送帶等設備實現的作業組織。采用具備移動接觸網的站台,在站台運用自動化裝卸設備和傳送帶,在倉庫內運用自動化堆垛機和輸送線,共同完成貨物的裝卸和出入庫作業,可大大減少配送中心人員需求,提高作業效率。站台及傳送帶“編組”過程見下圖。

站台及傳送帶“編組”過程

4)收發點“編組”

收發點“編組”即在收發點完成的作業組織。到達過程中,新能源汽車到達配送中心站台後,采用叉車或皮帶傳送機根據訂單裝入裝有貨物的托盤,並根據最優路徑將貨物送到對應的收發點。收發點根據客戶訂單進行末端配送,實現公鐵多式聯運,完成“最後一公裏”運輸。發送過程中,收發點攬入貨物並生成編碼,將貨物碼放於托盤,實現貨物的托盤化,采用叉車將托盤裝入新能源汽車,新能源汽車根據計劃將沿途若幹收發點的貨物統一運到鐵路物流配送中心。

04

複用技術

鐵路物聯網複用技術主要有空間複用、頻次複用和時間複用,複用率越高,物流效率越高。為使整體複用率最高,需利用鐵路物聯網根據貨物發送、接收信息和鐵路運輸信息,合理規劃貨物運輸順序、列車編組長度、列車發車間隔、列車運行速度,製定調度和列車開行方案,實現智能化運輸組織

1)空間複用——確定列車編組長度

列車編組長度決定了列車占用線路空間的大小和一次性運輸的貨物量,列車編組越長,占用線路空間越大,一次性運輸貨物越多,空間複用率越高。同時,增加開行列車種類,大力開行集裝箱班列、高鐵快運班列及環行班列等多種貨運列車,可提高空間複用率。

利用鐵路智能物聯網獲取貨物信息和鐵路運輸信息,並根據全路信息確定列車編組長度:同一去向車輛較多且路程較長時,盡可能開行長編組列車,增加空間複用率;同一去向車輛較少且路程較短時,采用靈活的短編組列車,節約裝卸車時間,增加貨運靈活度;還可根據貨物和鐵路運輸情況,開行長短編組並存的列車。環行班列編組10輛以內(含10輛)為短編組列車,大於10輛為長編組列車。以北京鐵路樞紐為例,環行班列長短編組示意見下圖。

環行班列長短編組示意圖

2)頻次複用——確定列車發車間隔

列車發車間隔決定了發車頻次和貨物運轉頻率的高低。列車發車間隔越小,發車頻率越高,線路空置率越低,頻次複用率越高。將班列開行方案與物流作業相結合,在利用物流信息的基礎上,獲得列車編組長度、數量等需求,規劃各站列車發車時間,力求最高頻次運轉貨物,同時保證正線列車以安全間隔運行,實現列車到站最優化。

3)時間複用——確定列車運行速度

列車運行速度決定了列車運轉占用線路的時間和貨物運輸的時間。列車速度越快,占用線路時間越短,貨物運輸時間越短,時間複用率越高。確定列車編組長度和發車間隔後,調度員利用鐵路物聯網計算係統確定列車在正線不同區段的運行速度,力求最短時間運輸貨物,同時保證列車安全有序運行。

4)智能化運輸組織

根據各站接發列車的數量、去向等運輸信息和貨物品類、質量等貨物信息,確定列車開行方案,運用遺傳、蟻群等算法,智能化編製全路運行圖,實現運輸調度與物流調度相結合,最大限度利用列車和線路空間。智能化運輸組織示意見下圖。

智能化運輸組織示意圖

05

冗餘技術

冗餘技術是利用係統的並聯模型提高係統可靠性的一種手段,能夠保護複雜係統抵抗外界的衝擊和影響。鐵路貨運物流係統采用冗餘技術,使物流環節的線路、車輛、裝卸設備等都具備一定的能力裕量。

1)在鐵路運輸組織的基礎上,配送中心站台要具備超過最高峰業務需要的能力。

2)配送中心的鐵路站場要具備多種貨運列車臨時存放的能力。

3)常備托盤要根據業務情況考慮循環使用需求並有充足備用數量。

4)集裝箱要考慮短駁、高峰發送情況,預留一定數量來滿足業務不均衡需要。

5)板架車、新能源汽車配備數量要在業務量的基礎上考慮維修、停車場等因素,適當留有裕量,實現在城市配送中心的儲備。

6)門吊、正麵吊、叉車、輸送線、堆垛機等裝備的能力也要有一定裕量。

7)傳送帶也要有冗餘,在貨物密集到達時不至於引起堵塞,從而保證整個物流係統暢通運行。

8)收發點的快遞盒需有一定冗餘,從而滿足季節、節假日業務不均衡的需要。

9)鐵路線路要具備冗餘能力,在製定環行班列運行線時,要充分考慮線路能力和可能存在的瓶頸,在主要徑路出現擁堵、損壞等問題時,能夠及時調整班列徑路,采用備用線路,保證貨物運輸時效性。

10)鐵路大列、環行班列要有冗餘,滿足貨物由於季節、節假日等高峰期引起的不均衡需要。

06

結束語

通過構建完整的鐵路物流智能物聯網,可實現鐵路網與互聯網的“雙網融合”,極大提高我國鐵路貨運物流的效率和效益,不僅發揮鐵路綠色環保的優勢,還可利用公路末端配送的優勢共同完成貨物配送,形成一體化運輸模式,為構建生態物流係統、綠色綜合交通運輸體係奠定基礎,為“交通強國,鐵路先行”提供重要支撐。


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